CN111267134A - 多向缠绕软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多向缠绕软体机器人，包括旋转模块、缠绕模块、充气嘴和第一气管。旋转模块包括柔性外筒和旋转缠绕线、前端盖和后端盖，旋转缠绕线螺旋缠绕并固定于柔性外筒的外表面，柔性外筒、前端盖和后端盖围成旋转腔室；缠绕模块包括第一缠绕模块，第一缠绕模块安装于前端盖上，第一缠绕模块包括第一缠绕主体、第一缠绕线和第一不可延展层，第一缠绕主体具有第一腔室；充气嘴和第一气管，旋转腔室通过充气嘴与外部气源连通，第一腔室通过第一气管与外部气源连通。本发明通过旋转模块的转动带动缠绕模块实现周向转动，从而使得软体机器人能够从多个方向对位于不同方位的目标物进行缠绕，不受限于软体机器人的位置，灵活性高，适应性强。

Description

多向缠绕软体机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种多向缠绕软体机器人。

背景技术

在现实生活中，有很多场合需要对物体进行无损伤抓取，如海洋沉船的人员救援、海洋生物取样等。软体机器人具有柔性特点，相对于刚性机器人具有显著的优势。常见的柔性抓取方式包括包络抓取方式和缠绕抓取方式，其中，缠绕抓取方式更加适合于较大尺寸目标物体的抓取。

针对缠绕抓取方式，目前一般采用软体臂对目标物体进行缠绕抓取，但软体臂难以独立完成从多个方向、多个角度对位于不同方位的目标物体进行缠绕，只能缠绕抓取位于某一方位以及较小角度范围内的目标物体，难以适应复杂多变的抓取环境，限制了其使用范围。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种多向缠绕软体机器人，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种多向缠绕软体机器人，所述多向缠绕软体机器人包括：

旋转模块，所述旋转模块包括柔性外筒和旋转缠绕线、前端盖和后端盖，所述旋转缠绕线螺旋缠绕并固定于所述柔性外筒的外表面，所述前端盖和所述后端盖分别连接于所述柔性外筒的两端，所述柔性外筒、所述前端盖和所述后端盖围成旋转腔室；

缠绕模块，所述缠绕模块包括第一缠绕模块，所述第一缠绕模块安装于所述前端盖上，所述第一缠绕模块包括第一缠绕主体、第一缠绕线和第一不可延展层，所述第一缠绕线螺旋缠绕并固定于所述第一缠绕主体的外表面，所述第一不可延展层贴设于所述第一缠绕主体的侧面，所述第一缠绕主体具有第一腔室；以及，

充气嘴和第一气管，所述旋转腔室通过所述充气嘴与外部气源连通，所述第一腔室通过所述第一气管与外部气源连通。

在一实施例中，所述旋转模块还包括柔性内筒，所述柔性内筒设置于所述柔性外筒的内侧，所述柔性外筒和所述柔性内筒之间形成所述旋转腔室。

在一实施例中，所述缠绕模块还包括第二缠绕模块，所述多向缠绕软体机器人还包括第二气管，所述第二缠绕模块的侧面贴靠于所述第一缠绕模块的侧面，且所述第一缠绕模块与所述第二缠绕模块并行延伸，所述第二缠绕模块具有第二腔室，所述第二腔室通过所述第二气管与外部气源连通。

在一实施例中，所述第二缠绕模块包括第二缠绕主体、第二缠绕线和第二不可延展层，所述第二缠绕线螺旋缠绕并固定于所述第二缠绕主体的外表面，所述第二不可延展层贴设于所述第二缠绕主体的侧面，所述第二不可延展层与所述第一不可延展层固定连接或一体成型。

在一实施例中，所述第一缠绕线的缠绕方向与所述第二缠绕线的缠绕方向相反。

在一实施例中，所述第一缠绕线与所述第一缠绕主体的横截面之间的夹角为α，所述第二缠绕线与所述第二缠绕主体的横截面之间的夹角β，夹角α与夹角β角度差值的绝对值小于5°。

在一实施例中，所述第一缠绕主体具有与所述第一不可延展层贴靠的第一侧面，以及与第一侧面相对的第二侧面，所述第二侧面呈内凹弧面设置；和/或，所述第二缠绕主体具有与所述第二不可延展层贴靠的第三侧面，以及与第三侧面相对的第四侧面，所述第四侧面呈内凹弧面设置。

在一实施例中，所述多向缠绕软体机器人还包括第一密封件和第二密封件，所述第一密封件和所述第二密封件均安装于所述前端盖上，且所述第一缠绕主体的底面夹设于所述第一密封件与所述前端盖之间，所述第二缠绕主体的底面夹设于所述第二密封件与所述前端盖之间。

在一实施例中，所述第一密封件形成第一通气道，所述第一气管安装于所述第一通气道，所述第一腔室、所述第一通气道和所述第一气管依次连通；所述第二密封件形成第二通气道，所述第二气管安装于所述第二通气道，所述第二腔室、所述第二通气道和所述第二气管依次连通。

在一实施例中，所述前端盖开设有第一通孔，以供所述第一通气道通过，所述前端盖还开设有第二通孔，以供所述第二通气道通过；所述后端盖开设有第三通孔，以供所述第一气管通过，所述后端盖还开设有第四通孔，以供所述第二气管通过。

本发明提供一种多向缠绕软体机器人，包括旋转模块、缠绕模块、充气嘴和第一气管，其中缠绕模块安装于旋转模块的前端盖上，旋转模块具有旋转腔室，而缠绕模块具有第一腔室，该旋转腔室通过充气嘴与外部气源连接，第一腔室通过第一气管与外部气源连通。本发明技术方案中，通过缠绕模块的螺旋变形，能够根据目标物的尺寸进行适应性缠绕，适用的目标物尺寸范围较大；而通过旋转模块的转动带动缠绕模块实现周向转动，从而使得软体机器人能够从多个方向对位于不同方位的目标物进行缠绕，不受限于软体机器人的位置，灵活性高，适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明多向缠绕软体机器人一实施例的结构示意图；

图2为图1所示软体机器人的剖面结构示意图；

图3为图1中旋转模块的结构示意图；

图4为图1中第一缠绕模块的结构示意图；

图5为图1中第二缠绕模块的结构示意图；

图6为图1中第一缠绕模块的结构分解示意图；

图7为图1中缠绕模块的剖面结构示意图；

图8为图2中第一密封件的结构示意图；

图9为图3中前端盖的结构示意图；

图10为图3中后端盖的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	旋转模块	110	柔性外筒
120	柔性内筒	130	旋转缠绕线
				140	前端盖	141	第一通孔
142	第二通孔	150	后端盖
				151	第三通孔	152	第四通孔
160	旋转腔室	200	缠绕模块
				210	第一缠绕模块	211	第一缠绕主体
2111	第一侧面	2112	第二侧面
				212	第一缠绕线	213	第一不可延展层
214	第一腔室	220	第二缠绕模块
				221	第二缠绕主体	2211	第三侧面
2212	第四侧面	222	第二缠绕线
				223	第二不可延展层	224	第二腔室
310	充气嘴	320	第一气管
				330	第二气管	340	第一气嘴
350	第二气嘴	410	第一密封件
				411	第一通气道	420	第二密封件
421	第二通气道

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种多向缠绕软体机器人，下面将结合图1至图10对本发明实施例多向缠绕软体机器人进行具体说明。

在本发明一实施例中，所述软体机器人包括：

旋转模块100，所述旋转模块100包括柔性外筒110和旋转缠绕线130、前端盖140和后端盖150，所述旋转缠绕线130螺旋缠绕并固定于所述柔性外筒110的外表面，所述前端盖140和所述后端盖150分别连接于所述柔性外筒110的两端，所述柔性外筒110、所述前端盖140和所述后端盖150围成旋转腔室160；

缠绕模块200，所述缠绕模块200包括第一缠绕模块210，所述第一缠绕模块210安装于所述前端盖140上，所述第一缠绕模块210包括第一缠绕主体211、第一缠绕线212和第一不可延展层213，所述第一缠绕线212螺旋缠绕并固定于所述第一缠绕主体211的外表面，所述第一不可延展层213贴设于所述第一缠绕主体211的侧面，所述第一缠绕主体211具有第一腔室214；以及，

充气嘴310和第一气管320，所述旋转腔室160通过所述充气嘴310与外部气源连通，所述第一腔室214通过所述第一气管320与外部气源连通。

应该说明的是，第一缠绕模块210在充气过程中能够实现螺旋变形抓取目标物，具体的工作原理如下：外部气源通过第一气管320对第一腔室214进行充气，第一缠绕主体211会发生膨胀和伸长，同时螺旋缠绕于第一缠绕主体211外表面的第一缠绕线212会具有解螺旋的趋势，在第一缠绕线212的解螺旋作用力的带动下，第一缠绕主体211具有绕其自身轴向发生扭转的趋势，但由于第一不可延展层213固定在第一缠绕主体211的侧面，导致第一缠绕主体211无法扭转变形，因此，使得第一缠绕主体211只能发生螺旋弯曲变形，从而实现缠绕式抓取目标物。

另外，旋转模块100能够带动缠绕模块200转动，从而实现从任意方向抓取目标物，具体的工作原理如下：外部气源通过充气嘴310对旋转腔室160进行充气，柔性外筒110会发生膨胀和伸长，同时螺旋缠绕于柔性外筒110外表面的旋转缠绕线130会发生解螺旋的情况，如此，固定在柔性外筒110两端的前端盖140和后端盖150就会发生相对旋转，而由于缠绕模块200固定安装于前端盖140上，因此，缠绕模块200也会发生转动，从而调整缠绕模块200的缠绕方向，使缠绕模块200的缠绕方向可以为在软体机器人本体周向上的任意方向，以实现抓取位于不同方位的目标物。

在现实生活中，有很多场合需要对物体进行无损伤抓取，如海洋沉船的人员救援、海洋生物取样等。软体机器人具有柔性特点，相对于刚性机器人具有显著的优势。常见的柔性抓取方式包括包络抓取方式和缠绕抓取方式，其中，缠绕抓取方式更加适合于较大尺寸目标物体的抓取。针对缠绕抓取方式，目前一般采用软体臂对目标物体进行缠绕抓取。现有技术中，由于软体机器人的位置一般固定不变，其软体臂只能从一个方向延伸出去，对特定位置的目标物进行缠绕抓取，而不能对其它方位的目标物进行缠绕抓取。也就是说，现有的软体机器人难以独立完成从任意角度对位于不同方位的目标物体进行缠绕，只能缠绕抓取位于某个方位的及较小角度范围内的目标物体，难以适应复杂多变的抓取环境，由此限制了其使用范围。

本发明技术方案中，通过缠绕模块200的螺旋变形，以根据目标物的尺寸进行适应性缠绕，适用的目标物尺寸范围较大；而通过旋转模块100的转动带动缠绕模块200实现周向转动，从而使得软体机器人能够沿周向上从任意角度对不同方位的目标物进行缠绕，不受限于软体机器人的位置，灵活性高，适应性强。

在一实施例中，如图2所示，所述旋转模块100还包括柔性内筒120，柔性内筒120设置于柔性外筒110的内侧，柔性外筒110和柔性内筒120之间形成所述旋转腔室160。具体而言，柔性内筒120、前端盖140和后端盖150会围成安装腔室，以供第一气管320安装通过；而柔性内筒120和柔性外筒110之间形成所述旋转腔室160，该旋转腔室160与充气嘴310连通。当然，在其它实施例中，可以去除柔性内筒120，也就是安装腔室和旋转腔室160重合，如此，需要使该旋转腔室160满足以下条件：第一气管320可以在旋转腔室160中自由转动，同时还要保证旋转腔室160的密封性。而本实施例技术方案通过设置柔性内筒120，以将柔性外筒110的内部腔室隔绝为安装腔室和旋转腔室160，如此，安装腔室无需具备密封性能，而旋转腔室160无需为第一气管320提供安装和转动空间，由此，能够大大降低旋转模块100的工艺难度，以及提升旋转模块100的可靠性。

进一步地，如图1和图2所示，所述缠绕模块200还包括第二缠绕模块220，所述多向缠绕软体机器人还包括第二气管330，第二缠绕模块220的侧面贴靠于第一缠绕模块210的侧面，且第一缠绕模块210与第二缠绕模块220并行延伸，第二缠绕模块220具有第二腔室224，第二腔室224通过第二气管330与外部气源连通。

与第一缠绕模块210的结构相同，第二缠绕模块220包括第二缠绕主体221、第二缠绕线222和第二不可延展层223，第二缠绕线222螺旋缠绕并固定于第二缠绕主体221的外表面，第二不可延展层223贴设于第二缠绕主体221的侧面，第二不可延展层223与第一不可延展层213固定连接或一体成型。

第一缠绕线212的缠绕方向与第二缠绕线222的缠绕方向相反，例如，如图4和图5所示，第一缠绕线212的缠绕方向向上，第二缠绕线222的缠绕方向向下。可以理解，缠绕线的缠绕方向会决定缠绕模块200的螺旋方向。具体而言，第一缠绕线212与第一缠绕主体211的横截面之间的夹角为α，第二缠绕线222与第二缠绕主体221的横截面之间的夹角β，夹角α与夹角β角度差值的绝对值小于5°。也就是说，第一缠绕线212的缠绕方向与第二缠绕线222的缠绕方向大致相反即可，无需完全相反。如此，能够在保证双向缠绕功能的同时，降低制作过程中绕线的难度。

可以理解，往第一缠绕模块210和第二缠绕模块220中充气，两者会发生螺旋变形，整体缠绕模块200的螺旋方向取决于气压较高的一者的螺旋方向。通过调节第一缠绕模块210和第二缠绕模块220两者的气压差，可以从某一个方向对目标物体进行缠绕。在相同的气压差的基础上，同步增大第一缠绕模块210和第二缠绕模块220中的气压，第一缠绕模块210和第二缠绕模块220均会有一定的拮抗作用并相互抵消，从而维持缠绕模块200整体的螺旋形状不发生变化，但第一缠绕模块210和第二缠绕模块220的刚度均会增大，从而提升缠绕模块200的整体刚度，相当于提升缠绕模块200的缠绕抓取力度。并且，增大的气压越高，刚度的提升越明显，进而可以实现对目标物的高刚度缠绕。当然，于其它实施例中，软体机器人可以仅包括一个缠绕模块200，在旋转模块100的旋转带动下，就能够实现多角度多方向对不同目标物进行缠绕。

进一步地，如图7所示，第一缠绕主体211具有与第一不可延展层213贴靠的第一侧面2111，以及与第一侧面2111相对的第二侧面2112，第二侧面2112呈内凹弧面设置；和/或，第二缠绕主体221具有与第二不可延展层223贴靠的第三侧面2211，以及与第三侧面2211相对的第四侧面2212，第四侧面2212呈内凹弧面设置。可以理解，为了增大第一缠绕主体211和第二缠绕主体221在充气状态下与目标物体的接触面积，第一缠绕主体211和第二缠绕主体221上与物体接触的外表面设计为内凹弧形，如此，在第一缠绕主体211和第二缠绕主体221内部腔体充气时，腔体发生膨胀从而使原本内凹的表面能够变形成为平面或近似平面。而如果将接触表面设计为平面或者外凸形，腔体在膨胀状态下接触表面会变成较为明显的外凸形表面。在大部分应用场合中，相较于接触表面为外凸形表面，接触表面为平面时与目标物体的接触面积更大，使得缠绕更加紧密和可靠。总的来说，本实施例技术方案通过将两个缠绕主体的外表面均设计成内凹面的形状，能够增大多向缠绕软体机器人与目标物体的接触面积，使得两者之间的贴合更加紧密，进而提升多向缠绕软体机器人抓取目标物的牢固性、稳定性和成功率。

进一步地，如图2和图3所示，所述软体机器人还包括第一密封件410和第二密封件420，第一密封件410和第二密封件420均安装于前端盖140上，且第一缠绕主体211的底面夹设于第一密封件410与前端盖140之间，第二缠绕主体221的底面夹设于第二密封件420与前端盖140之间。具体的，第一密封件410和前端盖140通过螺栓组件锁紧，并将第一缠绕主体211的底面夹设于第一密封件410和前端盖140之间；同样的，第二密封件420和前端盖140通过螺栓组件锁紧，并将第二缠绕主体221的底面夹设于第二密封件420和前端盖140之间。如此，既能够保证缠绕模块与旋转模块之间的连接强度，又能够保缠绕模块内部腔室的气密性。

进一步地，如图2和图8所示，第一密封件410形成第一通气道411，第一气管320安装于第一通气道411，第一腔室214、第一通气道411和第一气管320依次连通；第二密封件420形成第二通气道421，第二气管330安装于第二通气道421，第二腔室224、第二通气道421和第二气管330依次连通。具体的，第一通气道411上还安装有第一气嘴340，第一气管320固定连接于第一气嘴340；第二通气道421上还安装有第二气嘴350，第二气管330固定连接于第二气嘴350。本实施例技术方案中，两个缠绕模块的内部腔室分别通过不同的气体通道与气源进行连通，以使两者的供气相互独立、互不影响，进而使得两者之间能够形成气压差。

进一步地，如图2、图9和图10所示，前端盖140开设有第一通孔141，以供第一通气道411通过，前端盖140还开设有第二通孔142，以供第二通气道421通过；后端盖150开设有第三通孔151，以供第一气管320通过，后端盖150还开设有第四通孔152，以供第二气管330通过。值得注意的是，由于前端盖140会相对于后端盖150发生转动，而第一气管320和第二气管330均与前端盖140固定连接，那么，第一气管320和第二气管330也会相对后端盖150发生旋转，因此，第一通孔141用以为第一气管320提供转动安装位，第二通孔142用以为第二气管330提供转动安装位。本实施例技术方案，通过在旋转模块的前端盖和后端盖上合理设计通孔，以在旋转模块和缠绕模块的旋转过程中，能够避免气管与旋转模块之间发生干扰的情况，从而提升多向缠绕软体机器人工作的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述多向缠绕软体机器人包括：

旋转模块，所述旋转模块包括柔性外筒和旋转缠绕线、前端盖和后端盖，所述旋转缠绕线螺旋缠绕并固定于所述柔性外筒的外表面，所述前端盖和所述后端盖分别连接于所述柔性外筒的两端，所述柔性外筒、所述前端盖和所述后端盖围成旋转腔室；

缠绕模块，所述缠绕模块包括第一缠绕模块，所述第一缠绕模块安装于所述前端盖上，所述第一缠绕模块包括第一缠绕主体、第一缠绕线和第一不可延展层，所述第一缠绕线螺旋缠绕并固定于所述第一缠绕主体的外表面，所述第一不可延展层贴设于所述第一缠绕主体的侧面，所述第一缠绕主体具有第一腔室；以及，

充气嘴和第一气管，所述旋转腔室通过所述充气嘴与外部气源连通，所述第一腔室通过所述第一气管与外部气源连通。

2.如权利要求1所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述旋转模块还包括柔性内筒，所述柔性内筒设置于所述柔性外筒的内侧，所述柔性外筒和所述柔性内筒之间形成所述旋转腔室。

3.如权利要求1或2所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述缠绕模块还包括第二缠绕模块，所述多向缠绕软体机器人还包括第二气管，所述第二缠绕模块的侧面贴靠于所述第一缠绕模块的侧面，且所述第一缠绕模块与所述第二缠绕模块并行延伸，所述第二缠绕模块具有第二腔室，所述第二腔室通过所述第二气管与外部气源连通。

4.如权利要求3所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述第二缠绕模块包括第二缠绕主体、第二缠绕线和第二不可延展层，所述第二缠绕线螺旋缠绕并固定于所述第二缠绕主体的外表面，所述第二不可延展层贴设于所述第二缠绕主体的侧面，所述第二不可延展层与所述第一不可延展层固定连接或一体成型。

5.如权利要求4所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述第一缠绕线的缠绕方向与所述第二缠绕线的缠绕方向相反。

6.如权利要求5所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述第一缠绕线与所述第一缠绕主体的横截面之间的夹角为α，所述第二缠绕线与所述第二缠绕主体的横截面之间的夹角β，夹角α与夹角β角度差值的绝对值小于5°。

7.如权利要求4所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述第一缠绕主体具有与所述第一不可延展层贴靠的第一侧面，以及与第一侧面相对的第二侧面，所述第二侧面呈内凹弧面设置；和/或，所述第二缠绕主体具有与所述第二不可延展层贴靠的第三侧面，以及与第三侧面相对的第四侧面，所述第四侧面呈内凹弧面设置。

8.如权利要求7所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述多向缠绕软体机器人还包括第一密封件和第二密封件，所述第一密封件和所述第二密封件均安装于所述前端盖上，且所述第一缠绕主体的底面夹设于所述第一密封件与所述前端盖之间，所述第二缠绕主体的底面夹设于所述第二密封件与所述前端盖之间。

9.如权利要求8所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述第一密封件形成第一通气道，所述第一气管安装于所述第一通气道，所述第一腔室、所述第一通气道和所述第一气管依次连通；所述第二密封件形成第二通气道，所述第二气管安装于所述第二通气道，所述第二腔室、所述第二通气道和所述第二气管依次连通。

10.如权利要求9所述的多向缠绕软体机器人，其特征在于，所述前端盖开设有第一通孔，以供所述第一通气道通过，所述前端盖还开设有第二通孔，以供所述第二通气道通过；所述后端盖开设有第三通孔，以供所述第一气管通过，所述后端盖还开设有第四通孔，以供所述第二气管通过。

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